Problem 7.25 Reklaitis

2Saturated steam 1 barEvaporator merupakan spesial tipe dari heat exchanger dimana uap panas digunakan untuk memanaskan larutan hingga mendidihkan sebagian dari pelarutnya. Pada evaporator seperti terlihat pada gambar, larutan garam terdiri dari 1 wt % garam dalam air diumpankan pada tekanan 1 bar dan 50 C. Larutan garam yang keluar dari evaporator mengandung 2 wt% dan merupakan saturated liquid pada tekanan 1 bar. Air yang diuapkan merupakan saturated steam pada 1 bar. Jika saturated steam pada 2 bar digunakan sebagai sumber panas dan kondensatnya diasumsikan saturated liquid pada 2 bar, hitunglah kilogram dari 2 bar uap yang dibutuhkan per kilogram uap air yang dihasilkan . Diasumsikan larutan garam mempunyai sifat-sifat seperti liquid water.

312 % Brine1 bar(saturated liquid)1 % Brine1 bar50C

4

5Saturated condensate 2 barSaturated steam 2 bar

Penyelesaian :Dari tabel superheated steam, pada 1 bar dan 50 C, = 209,3 kJ/kgDari tabel, saturated water pada 1 bar, = 417,5 kJ/kgDari tabel, saturated steam pada 1 bar, = 2675,4 kJ/kgDari tabel, saturated steam pada 2 bar = 2706,3 kJ/kgDari tabel, saturated water pada 2 bar = 504,7 kJ/kg

Saturated steam 1 bar2Basis : 100 kg

garam : 2%air : 98%garam :1 kgair : 99 kg31

1 bar(saturated water)1 bar50 C

4

2 bar 2 bar5

saturated steam

saturated condensate(water)

Karakteristik sistem adalah sistem terbuka (open system), ada zat yang masuk, melewati dan keluar dari sistem. Sistem terdiri dari 2 komponen yaitu air dan garam Proses yang terjadi pada sistem merupakan isobarik, yaitu berada pada tekanan konstan.

Neraca total jumlah energi masuk = jumlah energi keluar + akumulasi energi dalam sistem

m1 = 100 kg

0,02 x m3 = 1 kgm3 = 50 kg

m1 = m2 + m3m2 = 100 - 50 = 50 kg

m4 = m5, karena sistem hanya memberi panas

1 = 209,3 kJ/kg2 = 2675,4 kJ/kg3 = 417,5 kJ/kg4 = 2706,3 kJ/kg5 = 504,7 kJ/kg

Masukkan nilai-nilai ke dalam persamaan :1 . 209,3 + 99 . 209,3 + m4 . 2706,3 = 50 . 2675,4 + 1 . 417,5 + 49 . 417,5 + m4 . 504,7209,3 + 20720,7 + 2706,3m4 = 133770 + 417,5 + 20457,5 + 504,7m42201,6m4 = 133715m4 = 60,74 kgjadi, m4 : m2 = 60,74 : 50 = 1,2147

Problem 7.44 ReklaitisPada proses asetat anhidrat, 100 mol/jam sebuah alur proses terdiri dari 4% ketena, 10% asam asetat, 43% metana, dan 43% karbon dioksida (dalam % mol) pada 700 C dan akan didinginkan menjadi 400 C dengan direct quenching menggunakan asam asetat glasial cair pada 50 C.a. Dengan menggunka data berikut ini, hitunglah alur asam asetat yang dibutuhkan dan komposisi gas yang didinginkan.Kapasitas Panas Gas (cal/gmol . K)

ab x 102c x 105d x 109

CH44,7501,20,303-2,63

CO26,3931,01-0,3405-

CH3COOH8,204,805-3,0568,31

CH2O4,112,966-1,7934,72

HVL (CH3COOH,391,4 K) = 5,83 kcal/gmolMean Cp (CH3COOH, cair) = 36 cal/gmol . Kb. Misalkan terspesifikasi 40 mol/jam asam asetat digunakan sebagai. Hitung suhu keluaran gas.

Penyelesaian :(a)

Temperature referensi = 400oC = 673,15K

Neraca energiPanas masuk = panas keluar

Tinjau masing-masing komponen Alur 1CH2Oa= 4,11b = 2,96610-2c=-1,79310-5d=4,7210-9NCH2O = 4%100 mol/h = 4 mol/h

Panas CH2O

=22753,44 cal/h

CH3COOHa= 8,20b = 4,80510-2c=-3,05610-5d=8,3110-9NCH3COOH = 10%100 mol/h = 10 mol/hPanas CH3COOH

=94815,66 cal/h

CH4a= 4,75b = 1,210-2c=0,30310-5d=-2,6310-9NCH4 = 43%100 mol/h = 43 mol/hPanas CH4

=195925,16 cal/h

CO2a= 6,393b = 1,0110-2c=-0,340510-5d=0NCO2 = 43%100 mol/h = 43 mol/hPanas CO2

=159626,30 cal/h

Panas total alur 1,

Alur 2

mean Cp (CH3COOH, liquid) = 36 cal/mol.K

= (391,4 323,15)36= 2457 cal/molHvl = 5830 cal/mol

7397,75 cal/mol

Neraca energi

Laju alir asam asetat pada alur 2,

(b)

Ambil temperature referensi =700oC=973,15 KPanas masuk = panas keluar

Tinjau alur 2N2 = 40 mol/h

=

=

= 16879,32 cal/mol

= (323,15 391,4)36= 2457 cal/molHvl = 5830 cal/mol

Tinjau masing-masing komponen Alur 3CH2Oa= 4,11b = 2,96610-2c=-1,79310-5d=4,7210-9NCH2O = 4 mol/h

Panas CH2O

=16,44 (X-973,15)+0,0593(X2-973,152)-2,390710-5(X3-973,153)+ 4,7210-5(X4-973,154)

CH3COOHa= 8,20b = 4,80510-2c=-3,05610-5d=8,3110-9NCH3COOH = 50 mol/hPanas CH3COOH

= 410(X-973,15)+1,20125(X2-973,152)-0,0005(X3-973,153)+1,0387 10-7(X4-973,154)

CH4a= 4,75b = 1,210-2c=0,30310-5d=-2,6310-9NCH4 = 43 mol/hPanas CH4

= 204,25(X-973,15)+0,258(X2-973,152)+4,34310-5(X3-973,153)-2,827210-5(X4-973,154)

CO2a= 6,393b = 1,0110-2c=-0,340510-5d=0NCO2 = 43 mol/hPanas CO2

=274,899(X-973,15)+0,2175(X2-973,152)+4,88010-5(X3-973,153)

Jumlahkan 16,44 (X-973,15)+0,0593(X2-973,152)-2,390710-5(X3-973,153)+ 4,7210-5(X4-973,154)410(X-973,15)+1,20125(X2-973,152)-0,0005(X3-973,153)+1,0387 10-7(X4-973,154)204,25(X-973,15)+0,258(X2-973,152)+4,34310-5(X3-973,153)-2,827210-5(X4-973,154)274,899(X-973,15)+0,2175(X2-973,152)+4,88010-5 (X3-973,153)+905,589(X-973,15)+1,7357(X2-973,152)-0,00054(X3-973,153)+8,0310-8(X4-973,154)

=905,589(X-973,15)+1,7357(X2-973,152)-0,00054(X3-973,153)+8,0310-8(X4-973,154)X=612,7632 K = 339,6132 oC

4 % CH2O (g)10% CH3COOH (g)43% CH4 (g)43% CO2 (g)N = 100 mol/jamT= 700 oC

(1)

CH3COOH (l)T= 50 oC

(2)

CH2O (g)CH3COOH (g)CH4 (g)CO2 (g)

T= 400 oC

(3)

4 % CH2O (g)10% CH3COOH (g)43% CH4 (g)43% CO2 (g)N = 100 mol/jamT= 700 oC

(1)

CH3COOH (l)=40mol/hT= 50 oC

(2)

CH2O (g)=4mol/hCH3COOH (g)=50 mol/hCH4 (g) =43mol/hCO2 (g)=43mol/h

T= ? oC

(3)